混凝土保温砖的研究

　　摘要：本文介绍了一种新型混凝土保温砖，它在生产过程中实现了混凝土多孔砖与EPS板的一次成型。通过EPS板与混凝土燕尾连接及内部设置钢丝连接，使承重区、保温区、保护层三者牢固地结合在一起。对采用带有灰缝阻热条的混凝土保温砖砌筑的墙体与不带灰缝阻热条的混凝土保温砖砌筑的墙体进行了热工性能对比试验，前者的传热系数比后者低45％，可满足我国建筑节能65％的要求。
　　关键词：建筑节能；混凝土保温砖；热工性能；
　　前言
　　我国的建筑节能工作已经走过了20多年的艰苦历程，目前大部分省市把节能目标定在了第二阶段：节能50%；部分省市走到了第三阶段：节能65%。为达到这些目标，国家有关部门及各省市有关部门出台了一系列节能设计标准规程，对于最关键的部位——外围护墙体，也提出了一系列措施。目前应用最广泛的是外墙外保温，该技术是在主体结构完成后，通过粘贴等手段将保温材料附和在外墙外表面。该技术的优点是保温性能可靠，基本能做到无热桥，所以得到普遍推广应用。但经过几年的应用，也发现了该技术的一些致命弱点：墙体表面开裂，雨水渗漏严重，且一旦发现问题，很难维修。在这种情况下，国内很多学者把目光转向了“自保温”墙体的研究，本文所述混凝土保温砖即属于“自保温”墙体，兼具承重与保温双重功能。
　　1. 混凝土保温砖的结构组成
　　混凝土保温砖有混凝土承重区、EPS保温层和混凝土保护层三部分组成，保温层位于承重区和保护层之间。为了使得承重区、保温层、保护层三者之间连接紧密，设置了相互配合的燕尾槽，可有效增加三者之间的配合强度，起到固定和拉紧作用，增加混凝土保温砖在实际使用中的整体强度，有效保证建筑质量。为使混凝土承重区与保温层及混凝土保护层之间的连接效果更好，在其中增加横向连接的加强钢筋，可以进一步加强混凝土承重区与保温层及混凝土保护层之间连接的强度。为防止横向钢筋对承重区、保温层、保护层的连接不牢固，在钢筋的两头增加了固紧措施，这种设计，可以有效防止钢筋被拉出的同时更好地增加连接的强度，达到更优化的效果。钢筋的直径为1.5～2.5mm,位于混凝土承重区内的长度为3～4cm,位于保护层内的长度为1～2cm。
　　混凝土承重区由粉煤灰、石粉、石屑等废料为基材，配以水泥等胶凝材料组合而成；壁厚为20mm，双排八孔，开孔设计为倒梯型、内切圆件度，铺浆面为半盲孔，座浆面为全孔，砌筑时座浆面与铺浆面双向作用下形成灰键，提高了砌体抗剪和抗弯强度；其外壁到相邻肋的距离为55～100mm，肋与肋之间的距离也是55mm，是安装暗插座、暗开关和铺设水电管道的最佳尺寸；孔洞率为40%，承重面积为240mm×240mm，此承重设计是根据混凝土多孔砖的240mm砌体结构设计的，在满足强度要求的前提下砌体的容重较低。混凝土保温砖的强度等级为MU10,MU15、MU20等。块体尺寸与普通混凝土多孔砖匹配，可直接根据砌体规范进行工程设计。
　　保温层由240mm×90mm×bepsmm的燕尾形状的EPS板做成，在生产时可以简单地放入下成型模内，然后将多孔砖材料布入成型模，上模在高压下带动挤压头挤入下模，这样EPS板就被包含在多孔砖中，而且EPS板通过燕尾和连接钢丝同承重区和保护层可牢固连接不易脱落。EPS板作为保温材料它的密度为18～20kg/m3，导热系数为0.042W／（m2•K），起到了很好的保温隔热作用。其中EPS板厚度beps由墙体的传热系数确定。
　　保护层材料同承重区材料一样，为同材料、同强度等级的混凝土，作用是保护内侧的EPS保温板和用做连接外侧装饰层，该保护层除与EPS保温板燕尾连接外，还在该层内设置了4根直径2.5mm的钢丝与承重区拉结，使承重区、保温层、保护层牢牢地连在一起，保护层厚度为15～25mm。
　　2. 混凝土保温砖墙体的热工性能试验
　　2.1不带灰缝阻热条的混凝土保温砖砌筑的墙体
　　对以上所述混凝土保温砖，取EPS板厚度beps＝45mm，生产出的混凝土保温砖外形尺寸为300mm×240mm×90mm。试验采用北京世纪建通科技发展有限公司生产的JTRG—Ⅱ建筑热工温度与热流自动测试系统进行检测，检验依据为《建筑构件稳态热传递性质的测定和防护热箱法》（GB/T13475-92）。墙体砌筑采用M5混合砂浆，砌筑完成后，在墙体两侧采用10mm厚水泥砂浆抹平，待墙体干透后进行试验。试验时，实验室室温12°C，湿度30～40％。设定冷箱温度-10.0°C，热箱温度20°C。热流系数23.26，温度巡回路数8个，热流巡回路数4个。连续检测时间在温度与热流稳定后不少于72小时，最后取热流稳定后不少于20组数据平均得：热流q=36.5w/m2，热箱墙体表面温度θi＝18.58°C，冷箱墙体表面温度θe=-6.57°C。由此得墙体的热阻[3]为R＝0.689，传热系数k＝1.192。
　　由试验得出，以上所述混凝土保温砖墙体的热工性能可以满足夏热冬冷地区的保温要求（k≤1.5），但不能满足寒冷地区如山东省节能65％的要求：《山东省居住建筑节能设计标准》（J10321-2006）（威海s≤0.35k≤0.60，0.35<s≤0.40k≤0.45，s——房屋体形系数）。分析传热系数较大的原因，可能是砖缝用混合砂浆砌筑，其导热系数较大，充当了热桥的角色。
　　2.2带有灰缝阻热条的混凝土保温砖砌筑的墙体
　　经过上述的原因分析，对以上混凝土保温砖进行改进，将EPS板伸出砖顶面和一个侧面各10mm，以起到对砖缝阻热的作用。
　　同样取EPS板厚度beps＝45mm，用同样的砌筑方法和试验方法进行试验，得到的墙体的热阻为R＝1.4，传热系数k＝0.645，传热系数降低45％。可见对砖缝进行保温隔热对墙体的传热性能影响很大，beps＝45mm已接近规范要求。调整EPS板厚度，可得到满足表1要求的混凝土保温砖，为简化起见，最终确定2种型号的混凝土保温砖作为定型产品，如表1所示。
　　表1混凝土保温砖传热系数

　　3. 混凝土保温砖砌筑方式试验
　　混凝土保温砖在砌筑时，保温层的位置有两种放置方式，一种是将保温层置于承重层外侧，另一种是将保温层置于承重层内侧。两种砌筑方式在热桥处理上将采取不同的构造措施。为了寻求最佳的砌筑方案进行了实际工程实验。首先建造了一栋四层建筑面积为1500平方米的单身宿舍楼，将混凝土保温砖的保温层置于承重层外侧，建成不久外墙体表面就出现了大量裂缝，后经加贴玻纤网，仍出现大量裂缝，部分墙体严重起鼓。由此可见，在混凝土保温砖的保温层外15mm厚的混凝土保护层，难以承受外墙表面高温差造成的温度应力，很难避免墙体表面裂缝的发生。在此工程之后又建造了一栋三层住宅办公综合楼，将保温层置于承重层内侧，外墙表面未加玻纤网，目前，该工程建成已有2年，未发现任何裂缝。实践证明，将保温层置于承重层内侧，可从根本上杜绝外墙表面裂缝发生。于是，混凝土保温砖节能建筑体系确定砌筑时将保温层置于墙体承重层内侧。
　　4.综合成本对比
　　外墙用普通混凝土标准砖砌筑240mm墙体，再用传统外墙外保温技术进行保温处理的每平方米墙体综合成本（不含内墙抹灰及粉饰）：145.36元/m2。外墙用普通多孔砖砌筑240mm墙体，再用传统外墙外保温技术进行保温处理的每平方米墙体综合成本（不含内墙抹灰及粉饰）：135.39元/m2。外墙用本文的混凝土保温砖砌筑310mm墙体后直接抹灰综合成本（不含内墙抹灰及粉饰）：95.93元/m2。
　　通过以上对比可以看出，达到相同热工性能，混凝土保温砖成本为95.93元/m2，比用混凝土标准砖加保温层每平方米可节省49.43元，为34％；比用普通多孔砖加保温层每平方米可节省39.46元，为29％。由此可见，该产品造价低，经济效益可观。
　　5.结论
　　本文研制的混凝土保温砖，在生产过程中加入EPS保温板，实现了混凝土多孔砖与EPS板的一次成型。EPS板与混凝土燕尾连接，并在内部设置钢丝连接，能确保承重区、保温区、保护层三者牢固地结合在一起。试验显示，采用带有灰缝阻热条的混凝土保温砖砌筑的墙体比用不带灰缝阻热条的混凝土保温砖砌筑的墙体，传热系数降低45％。
　　用上述混凝土保温砖做成外墙墙体与用EPS板做成的外墙外保温墙体相比有以下优点：（1）外墙饰面稳固：不易空鼓脱落，有效的避免了墙体表面的开裂。（2）保温节能：其优异的热工性能达到了建筑墙体一步节能65%的要求，是墙体复合走向单一材料复合的一次突破；（3）方便省时：保温系统随墙体砌筑的完毕而完成，不需要增加任何保温隔热的工序；（4）价格低廉：它比目前市场上其他节能墙材造价均低，比承重砌体外墙外保温造价节省30%;（5）坚固耐用：保温系统使用寿命与墙体的寿命相等，中间不需要进行任何维修与更换，切实做到了“保温与建筑同寿命”。
　　通过在华宇怡园花都住宅楼、鸿泰墙材住宅办公综合楼等工程上的应用表明，室内热环境明显改善，可满足当前国家房屋建筑节能65％的要求，证明此产品是成功的，可大力推广。
　　参考文献
　　[1]李晓健.自保温砌块、空心砖墙体的优势[J].砖瓦.2007(8):61-63.
　　[2]孙伟民、戴薇原、郭樟根等.新型节能复合混凝土空心砌块砌体抗震性能的试验研究[J].地震工程与工程振动.2006（5）：136-144.
　　[3]GB50176-93民用建筑热工设计规范[S].北京：中国计划出版社，1993.